神経ペプチドによる脊髄損傷治療法の新戦略

2015 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 15K15670
• Research Institution: Hoshi University
• Principal Investigator: 塩田 清二 星薬科大学, 付置研究所, 教授 (80102375)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 土肥 謙二 東京慈恵会医科大学, 医学部, 准教授 (20301509) ; 中町 智哉 富山大学, その他の研究科, 助教 (30433840)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: PACAP / 脊髄損傷 / 神経細胞死防御 / 神経再生

Outline of Annual Research Achievements

PACAP (Pituitary Adenylate Cyclase-Activating Polypeptide)は、神経細胞の保護および神経修復・再生の二つの作用を有する神経ペプチドであり、神経損傷疾患の治療戦略に重要な役割を果たすことを我々は検証してきた。
我々の行ってきたプロテオミクス解析により、マウスの中大脳動脈閉塞による脳虚血後にPACAPを脳室内投与することにより、CRMP2タンパク質の発現が投与6時間後で上昇し、CRMP2陽性反応が梗塞周囲のペナンブラ領域の神経細胞に強く認められることが分かった。CRMP2は軸索形成に重要な因子であることが知られている。そこで本年度はより運動機能や軸索新生を評価し易いマウスの脊髄損傷モデルを用いた機能解析を行った。インパクターにより脊髄を損傷させたマウスにPACAPを浸み込ませた徐放性ゲルを損傷脊髄に塗布し、その後の運動機能を経時的に評価したところ、PACAP10-12 Ｍ添加群では生理的食塩水添加群と比較して損傷後14日目において有意な運動機能の回復が認められた。損傷後の脊髄においてCRMP2 mRNA発現量を定量したところ、PACAP添加群では生理的食塩水添加群と比較して7日目で増加傾向を示し、14日目で有意差が認められた。CRMP2免疫陽性反応は脊髄の大型及び小型の神経細胞と一部のオリゴデンドロサイトに重なり、さらに傷害後では傷害部と正常部の境界領域において強い陽性反応が観察された。さらに順行性トレーサー投与実験により、PACAP添加群では損傷領域近傍部における軸索が多数観察された。以上の結果より、PACAPはCRMP2発現量を上昇させ、損傷後の軸索再生を誘導することにより運動機能の回復を促進していることが示唆された。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当初はOMIX解析にてPACAPが虚血細胞死を抑制するメカニズムの一端を明らかにし、さらに経時的に新規遺伝子あるいは遺伝子産物を特定することを目的として考えていたが、本研究がより進展し、CRMP2という遺伝子産物の発現をPACAPが６時間で亢進することを昨年までに見出しことができた。
さらに本年度はその軸索新生機能を別の神経傷害モデルによって評価することができた。また、PACAPによる脊髄損傷モデル動物を解析していく過程で、骨髄に存在する間葉系幹細胞（MSCs）が細胞修復作用に重要な働きをしていることが分かった。またPACAPは障害を受けた部位に移植されたMSCsを刺激して炎症性サイトカインを抑制しさらに神経新生・再生因子の分泌促進することも明らかになった。運動機能修復も２週間くらいで認められることも分かってきた。

Strategy for Future Research Activity

これまでの研究において、PACAPの下流域にCRMP2が存在し、軸索新生・再生に関連していることが示唆されている。次年度以降はこの機構が他の神経傷害モデルについても認められるものであるか、またその詳細なメカニズムの解析を進めていく予定である。さらにCRMP2と神経細胞死抑制の分子機構との関連性についても明らかにする。一方、新規ドラッグデリバリー法としてハイドロゲルによるPACAPの脊髄損傷モデル動物における実験が有効であることが確認されたことから、さらにこの方法の人への臨床応用をめざした研究も行っていく予定である。また、我々は脳梗塞モデル動物を用いてPACAPの点鼻投与による遅発性神経細胞死防御の研究も同時に行ってきている。そしてこのペプチドが脳の実質内に浸透する効果もしらべ論文発表を行っている。脊髄損傷モデル動物にPACAPの点鼻投与を行って細胞死抑制および運動機能回復をしらべる必要があると考えており、今後その実験研究を行いたい。また、人へのトランスレーショナルな研究としてマーモセットを使って虚血性神経細胞死抑制効果を我々はしらべている。この研究はまだ着手したばかりであり十分な成果がえられていない。ただ、脳虚血モデルや投与方法などについての予備実験はすでに行っているので、今後脊髄損傷モデルを作成してマーモセットを用いることにより効果的な実験ができると考えている。さらに、PACAPより受容体への結合性の高いPACAPアナログについても細胞死抑制効果を検索し、ヒトでの臨床応用が可能な研究へと発展させていく予定である。

Research Products

• [Journal Article] Autonomic nervous system-mediated effects of galanin-like peptide on lipid metabolism in liver and adipose tissue. (2016)
  • Author(s): HIRAKO S, WADA N, KAGEYAMA H, TAKENOYA F, IZUMIDA Y, KIM H, IIZUKA Y, MATSUMOTO A, OKABE M, KIMURA A, SUZUKI M, YAMANAKA S, SHIODA S
  • Journal Title: Sci Rep. Volume: 6 Pages: 21481
  • DOI: 10.1038/srep21481
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Fish oil and fenofibrate inhibit pancreatic islet hypertrophy, and improve glucose and lipid metabolic dysfuntions with different ways in diabetic KK mice. (2016)
  • Author(s): Nakasatomi M, Kim H, Arai T, Hirako S, Shioda S, Iizuka Y, Sakurai K, Matsumoto A
  • Journal Title: Obes Res Clin Pract Volume: Epub ahead of print Pages: in print
  • DOI: 10.1016/j.orcp.2016.03.012
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The relationship between aquaglyceroporin expression and development of fatty liver in diet-induced obesity and ob/ob mice. (2015)
  • Author(s): Hirako S, Wakayama Y, Kim H, Iizuka Y, Matsumoto A, Wada N, Kimura A, Okabe M, Sakagami J, Suzuki M, Takenoya F, Shioda S
  • Journal Title: Obes Res Clin Pract Volume: Epub ahead of print Pages: in print
  • DOI: 10.1016/j.orcp.2015.12.001
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 2D-DIGE-based proteome expression changes in leaves of rice seedlings exposed to low-level gamma radiation at Iitate village, Fukushima. (2015)
  • Author(s): Hayashi G, Moro CF, Rohila JS, Shibato J, Kubo A, Imanaka T, Kimura S, Ozawa S, Fukutani S, Endo S, Ichikawa K, Agrawal GK, Shioda S, Hori M, Fukumoto M, Rakwal R
  • Journal Title: Plant Signal Behav Volume: 10 Pages: e1103406
  • DOI: 10.1080/15592324.2015.1103406
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Human mesenchymal stem/stromal cells suppress spinal inflammation in mice with contribution of pituitary adenylate cyclase-activating polypeptide (PACAP). (2015)
  • Author(s): Tsumuraya T, Ohtaki H, Song D, Sato A, Watanabe J, Hiraizumi Y, Nakamachi T, Xu Z, Dohi K, Hashimoto H, Atsumi T, Shioda S
  • Journal Title: J Neuroinflammation Volume: 12 Pages: 35
  • DOI: 10.1186/s12974-015-0252-5
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Ghrelin suppresses proliferation of fetal neural progenitor cells, and induces their differentiation into neurons. (2015)
  • Author(s): Watanabe J, Matsumoto M, Kageyama H, Murai N, Sasaki S, Hirako S, Wada N, Arata S, Shioda S
  • Journal Title: Peptides Volume: 69 Pages: 40-46
  • DOI: 10.1016/j.peptides.2015.03.014. Epub 2015 Mar 28
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Unraveling the seed endosperm proteome of the lotus (Nelumbo nucifera Gaertn.) utilizing 1DE and 2DE separation in conjunction with tandem mass spectrometry. (2015)
  • Author(s): Moro CF, Fukao Y, Shibato J, Rakwal, Timperio AM, Zolla L, Agrawal GK, Shioda S, Kouzuma Y, Yonekura M
  • Journal Title: Proteomics Volume: 15 Pages: 1717-1735
  • DOI: 10.1002/pmic.201400406. Epub 2015 Feb 12
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Mother/offspring co-administration of the traditional herbal remedy yokukansan during the nursing period influences grooming and cerebellar serotonin levels in a rat model of neurodevelopmental disorders. (2015)
  • Author(s): Muneoka K, Kuwagata M, Ogawa T, Shioda S
  • Journal Title: Cerebellum Volume: 14 Pages: 86-96
  • DOI: 10.1007/s12311-014-0611-2
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Intranasal administration of GALP suppressed the lipid accumulation in the liver. (2016)
  • Author(s): Hirako S, Kageyama H, Takaenoya F, Wada N, Okabe M, Shioda S.
  • Organizer: 13th International Congress on Obesity
  • Place of Presentation: バンクーバー、カナダ
  • Year and Date: 2016-05-01 – 2016-05-04
• [Presentation] マウスにおけるPACAPの唾液分泌促進作用 (2016)
  • Author(s): 中町智哉, 渡邊 潤, 塩田清二
  • Organizer: 第121回日本解剖学会総会全国学術集会
  • Place of Presentation: 郡山
  • Year and Date: 2016-03-28 – 2016-03-30
• [Presentation] Impairment of memory and learning and hippocampal oxidative damage in aged PACAP deficient mouse. (2015)
  • Author(s): Nakamachi, T., Matsuda, K., and Shioda, S.,
  • Organizer: CompBiol 2015
  • Place of Presentation: 広島
  • Year and Date: 2015-12-11 – 2015-12-13
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Effects of PACAP on the secretions of tear and saliva in mouse. (2015)
  • Author(s): Nakamachi, T., Watanabe, J., Seki, T., Ohtaki, H., and Shioda, S.,
  • Organizer: Neuropeptide 2015
  • Place of Presentation: アバディーン、イギリス
  • Year and Date: 2015-09-28 – 2015-10-01
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Crucial role of PACAP in neural progenitor cells during development and after degeneration. (2015)
  • Author(s): Watanabe, J., Ohtaki, H., Nakamachi, T., Matsumoto, M., Sasaki, S., Murai, N., Arata, S., and Shioda, S.
  • Organizer: Neuropeptide 2015
  • Place of Presentation: アバディーン、イギリス
  • Year and Date: 2015-09-28 – 2015-10-01
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] PACAP attenuates retinal damage in association with modulation of the microglia/macrophage status and cytokines expression. (2015)
  • Author(s): Nakamachi, T., Wada, Y., Endo, K., Seki, T., and Shioda, S.
  • Organizer: 12th international symposium on VIP/PACAP and related peptides
  • Place of Presentation: カッパドキア、トルコ
  • Year and Date: 2015-09-21 – 2015-09-26
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Neuroprotective effect of PACAP on spinal cord injury through CRMP2 protein. (2015)
  • Author(s): Shioda, S., Takenoya, F., Hori, M., Shibato, J., Nakamachi, T., and Rakwal, R
  • Organizer: 12th international symposium on VIP/PACAP and related peptides
  • Place of Presentation: カッパドキア、トルコ
  • Year and Date: 2015-09-21 – 2015-09-26
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Involvement of PACAP in differentiation of neural progenitor cells via radial glia. (2015)
  • Author(s): Watanabe, J., Ohtaki, H., Nakamachi, T., Sasaki, S., Matsumoto, M., Murai, N., Seki, T., Arata, S., and Shioda, S.
  • Organizer: 12th international symposium on VIP/PACAP and related peptides,
  • Place of Presentation: カッパドキア、トルコ
  • Year and Date: 2015-09-21 – 2015-09-26
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] PACAP contributes proliferation of hippocampal neural stem/progenitor cells after global ischemia in mice. (2015)
  • Author(s): Nakamachi, T., Ohtaki, H., Watanabe, J., and Shioda, S.
  • Organizer: 12th international symposium on VIP/PACAP and related peptides
  • Place of Presentation: カッパドキア、トルコ
  • Year and Date: 2015-09-21 – 2015-09-26
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] PACAP 遺伝子欠損マウスにおける加齢に伴う学習記憶障害 (2015)
  • Author(s): 中町智哉, 松田恒平, 塩田清二，
  • Organizer: 日本動物学会第86回大会
  • Place of Presentation: 新潟
  • Year and Date: 2015-09-17 – 2015-09-19
• [Presentation] GALPによる自律神経系を介した脂質代謝調節機構 (2015)
  • Author(s): 平子哲史、竹ノ谷文子、和田亘弘、塩田清二
  • Organizer: 第12回GPCR研究会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2015-05-15 – 2015-05-16
• [Presentation] PACAPの唾液および汗分泌促進作用 (2015)
  • Author(s): 中町智哉、渡邊 潤、佐々木駿、塩田清二
  • Organizer: 第12回GPCR研究会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2015-05-15 – 2015-05-16
• [Presentation] Effect of intranasal GALP on obesity and hepatic lipid metabolism in obese mice. (2015)
  • Author(s): Hirako S, Kageyama H, Takaenoya F, Wada N, Okabe M, Shioda S
  • Organizer: 12th Asian Congress of Nutrition.
  • Place of Presentation: 横浜
  • Year and Date: 2015-05-14 – 2015-05-18
  • Int'l Joint Research
• [Book] 特集 未病・健康ー病気にならないための衣・食・住そしてココロ (2016)
  • Author(s): 塩田清二、竹ノ谷文子、亀井淳三 他
  • Total Pages: 83
  • Publisher: Biophilia
• [Book] アンチエイジング医学の基礎と臨床 (2015)
  • Author(s): 藤英胤（編集）、塩田清二、竹ノ谷文子 他
  • Total Pages: 447
  • Publisher: メジカルビュー社